개념 한 쪽
화학적 유해인자 측정문제는 시료 보정, 단위 변환, 혼합노출 지수 계산 등의 절차를 정확히 수행해야 정답을 얻는다. 공시료 차감과 탈착효율 보정, 질량과 부피 단위 변환, 증기압을 이용한 포화농도 산출, 그리고 여러 물질의 혼합 노출 평가는 핵심 항목이다.
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출제기준 단원 「화학적 유해인자의 측정원리」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 혼합 유해가스 초과 판정 | 1 | 여러 성분의 농도로 복합 허용초과 여부를 판정하는 계산 |
| 복합노출지수로 허용농도 산출 | 1 | 성분별 비율 합의 역수를 이용해 혼합물 허용농도를 구하는 절차 |
| 복합노출지수 단순 합산 | 1 | 각 성분의 농도를 TLV로 나누어 합산한 복합노출지수 계산 |
공기 시료 분석에서 순수하게 포집된 물질량은 분석값에서 공시료 평균량을 빼서 구한다. 그 뒤 탈착효율 등 수율을 고려해 보정해야 하며, 보정값을 채취한 공기부피로 나누어 질량농도(μg/m³ 등)를 얻는다. 이후 필요하면 mg/m³이나 ppm으로 단위 변환한다.
ppm으로의 환산은 온도와 압력에 따른 몰부피를 이용한다. 예를 들어 25℃, 1기압에서 몰부피는 24.45L/mol이고, 질량농도(mg/m³)를 분자량으로 나누어 몰농도로 바꾼 뒤 몰부피를 곱하면 ppm 값을 얻는다.
기체의 포화농도는 증기압을 전체 대기압 기준(760mmHg)에 대한 비로 보고 이를 백만분율로 환산하여 구한다. 증기압/760 × 10^6 공식을 적용하면 포화 시의 ppm 값을 얻는다.
여러 물질이 동시에 존재할 경우 노출평가는 각 물질의 실제농도를 해당 물질의 허용농도(TLV)로 나눈 값을 합산하는 방식으로 수행한다. 합이 1을 초과하면 기준 초과로 판정하고, 혼합물의 허용농도를 구할 때는 Σ(Ci/TLVi)를 이용해 역산하는 절차를 따른다.
측정 횟수와 측정 간격 같은 절차적 규정도 중요하다. 가스상 유해물질의 검지관 측정은 1일 작업시간 동안 일정한 간격으로 여러 회에 걸쳐 측정해야 한다.
1) 탈착효율 보정과 단위 환산 사례 분석값이 75μg이고 공시료 평균이 0.5μg, 채취부피가 10리터이고 회수율이 92.5%이면 순수 시료량은 75 − 0.5 = 74.5μg이다. 회수율로 보정하면 74.5 ÷ 0.925 ≈ 80.54μg가 되고, 채취부피 10L = 0.01m³로 나누면 8054μg/m³ 즉 8.054mg/m³가 된다. 필요하면 반올림하여 약 8.1mg/m³로 표기할 수 있다.
2) 질량농도 → ppm 변환 사례 시료용액에서 얻은 총 질량이 800μg이고 채취공기부피가 0.4m³이면 질량농도는 800 ÷ 0.4 = 2000μg/m³ = 2mg/m³이다. 25℃, 1기압에서 ppm = (mg/m³ × 24.45) ÷ 분자량 이므로 포름알데히드(MW 30)인 경우 (2 × 24.45) ÷ 30 ≈ 1.6ppm이 된다.
3) 혼합노출 허용농도 산출 사례 아세톤 400ppm(TLV 750), 부틸아세테이트 150ppm(TLV 200), 메틸에틸케톤 100ppm(TLV 200)이 혼합된 경우 Σ(Ci/TLVi) = 400/750 + 150/200 + 100/200 ≈ 1.783이다. 이 값의 역수 ≈ 0.561을 총농도(650ppm)에 곱하면 혼합물의 허용농도 ≈ 364ppm이 된다.
공기중에 Carbon Tetrachloride(TLV = 10ppm)가 5ppm 1,2-Dichlorethane(TLV = 50ppm) 20ppm, 1,2-Dibrmoethane(TLV = 20ppm)10ppm으로 오염되어 있다면 이 작업환경의 허용농도 초과여부를 알맞게 판정한 것은?
정답 ① · 문항은 주어진 혼합가스들의 농도로 허용농도 초과 여부를 판단하라고 요구한다. 혼합가스 판정은 각 성분 농도를 해당 TLV로 나눈 값을 더하여 Σ(Ci/TLVi) > 1이면 초과로 본다.
혼합 가스 허용도 판정은 각 농도를 TLV로 나눈 값의 합이 1을 초과하면 초과로 판정한다.
작업환경 중의 공기시료를 측정하여 보니 TLV가 50ppm인 테트라클로로에틸렌이 30ppm 존재하고,TLV가 25ppm인 클로로포름이 20ppm존재하며,TLV가 50ppm인 트리클로로에틸렌이 30ppm존재하였다. 이러한 작업환경 공기의 복합노출지수는?
정답 ④ · 복합노출지수는 각 물질의 실제 측정 농도를 해당 물질의 허용농도(TLV)로 나눈 값을 모두 합산하여 계산합니다. 테트라클로로에틸렌(30/50), 클로로포름(20/25), 트리클로로에틸렌(30/50)을 계산하면 0.6 + 0.8 + 0.6 = 2.0입니다.
복합노출지수는 각 물질의 측정농도를 TLV로 나눈 값의 합으로 계산한다.
작업환경 공기중에 아세톤(TLV : 750 ppm) 400ppm 브틸아세테이트(TLV : 200ppm) 150ppm, 메틸에틸케톤(TLV : 200ppm)100ppm 으로 오염되어있다면 혼합물의 허용농도는?
정답 ④ · 혼합물의 허용농도를 구하기 위해서는 각 구성 물질의 농도 비율을 모두 더한 '복합 노출 지수'를 계산한 후, 이를 역산하여 전체 혼합물의 평균적인 허용 기준을 구합니다. 계산식: 1 / ( (400/750) + (150/200) + (100/200) ) = 1 / (0.533 + 0.75 + 0.5) = 1 / 1.783 ≒ 0.5607.
혼합물의 허용농도는 각 물질의 농도 비율(TLV 대비)을 합한 역수를 전체 농도에 곱하여 계산합니다.
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